电子设备的发展历程

材料牛注：早期，由于磁现象曾被认为是与电现象独立无关的，同时也由于磁学本身的发展和应用，如近代磁性材料和磁学技术的发展，新的磁效应和磁现象的发现和应用等等，使得磁学的内容不断扩大，所以磁学在实际上也就作为一门和电学相平行的学科来研究了。电磁学从原来互相独立的两门科学(电学、磁学)发展成为物理学中一个完整的分支学科，主要是基于两个重要的实验发现，即电流的磁效应和变化磁场的电效应。这两个实验现象，加上麦克斯韦关于变化电场产生磁场的假设，奠定了电磁学的整个理论体系，发展了对现代文明起重大影响的电工和电子技术。

插图：斯图尔特布拉德福德

当今世界已经对便携式电子产品产生了严重依赖，数十亿人已经看到了提供这些产品的公司已经成为最具创新性的公司，并且这些公司的领导人已经成为有史以来最崇高的人。我们讨论从 “天才”开始。

虽然今天的电子产品可能是智能且很有吸引力的，但是对于历史学家，它们只是两个基本想法的发展必经的第五个阶段：电磁辐射，其理论由詹姆斯·克莱克麦克斯韦在18世纪60年代制定，而其应用的小型化制造遵循理查德·费曼1959年的论点[PDF]，“其瓶颈还很遥远"。麦克斯韦是一个真正的天才。科学史上很少有像证明电、磁和光是同一现象（电磁波）的不同方面一样辉煌的工作了。正如马克斯·普朗克所说，“在这样做的过程中，他取得的伟大无与伦比。”

在1879年年底和1880年初，大卫爱德华·休斯实际上传输并接收到了那些看不见的信号，但没有公布他的结果。 在1883年，托马斯·爱迪生的专利中的“显示连续电流通过高真空的电导率”的设备也非常接近这样的波的实际应用，他在1884年在费城国际电气展览会上展示了它，然后却又放弃它 ，因为仅仅只是好奇心而已。这就是为什么电磁发展的第二阶段只发生在1886和1888之间，当Heinrich Hertz有意地产生并接收到电磁波，它的频率被精确地到在“连续固体的声振荡和以太的光振荡之间 。”

顶行，左起：James Clerk Maxwell，David Edward Hughes，Heinrich Hertz;
底行：John A. Fleming，Oliver J. Lodge，Alexander S. Popov（图片来源：维基百科）

 第三阶段的发展开始于史上第一次广播，由奥利弗·洛奇和亚历山大·波波夫在1894年和1895年完成，紧接着，由Guglielmo马可尼在1901年完成了第一次跨大西洋传输；Reginald A. Fessenden于1906年完成了第一次语音和音乐的长距离传输；还包括真空管的发明 - 在1904年的约翰A.弗莱明发明了二极管，1906年的格林利夫·皮卡德发明了点接触二极管（猫的晶须）和1907年的李德森林的三极管。到了1910年，我们已经具备了商业广播的所有基本技术要求，甚至原始电视也可以。在20世纪20年代，我们发展到固态电子学：Julius Edgar Lilienfeld在1925年在加拿大申请了场效应晶体管概念的专利，一年后场效应晶体管出现在美国。 1934年，Oskar Heil发明了类似的设备，并在1939年Russell Ohl发现了p-n结。因此，即使是贝尔实验室的纪念厅也承认，其科学家在1947年广泛宣传的晶体管的发明实际上只是一个改造而已。

固态器件开启了通向第四阶段发展的大门，从1959年提交的专利集成电路开始 - 随后是1971年和1972年的微处理器。贝尔实验室，RCA，飞兆半导体，德州仪器和英特尔这波发展的主要推动者。第五阶段的研究 - 随着微处理器在移动通信中激增，短信和微博社群而今都在受到势不可当的追捧。 再一次，这种阐述是建立在很久以前的基本理论的基础上的。

当我与街道上的僵尸般的人群擦肩而过的时候，他们目空一切，除了他们的手机屏幕，我不知道他们中有多少人知道，使他们上瘾的基础理论的进步并不来自诺基亚、苹果、谷歌、三星或LG。 这些公司的创新固然令人钦佩，但它们只是在一个宏伟的建筑增加了一些花哨的高层，其基础是由Maxwell 152年前铺设的，其结构取决于几十年前那些使得构筑更小电子设备成为可能的进展。那并非是一件小事。

原文链接：Stages of Electronics（Cellphones as a fifth-order elaboration of Maxwell’s theory）.